Kompresi Data

Teknik Kompresi Data
Juli 5, 2012 oleh Mohammad noorsandy Darmawan

Teknik kompresi adalah teknik yang bertujuan mengurangi ukuran data tanpa kehilangan informasi yang dikandungnya. Berdasarkan kehilangan data dalam proses kompresi, teknik ini dibagi dalam teknik kompresi lossless dan teknik kompresi lossy. Penerapan teknik kompresi yang dibahas dalam tulisan ini ditekankan pada kompresi data multimedia, karena secara umum data ini berukuran besar dan memiliki tingkat redundansi yang tinggi.
Kata kunci : Teknik kompresi, lossless, lossy, kompresi data multimedia, tingkat redundansi

Dalam perancangan sistem multimedia terdapat dua hal yang menjadi perhatian yaitu penyimpanan dan pengiriman data multimedia. Kedua hal ini menjadi isu sentral karena sifat data multimedia yang berukuran relatif besar sehingga membutuhkan kapasitas pennyimpanan yang besar dan bandwidth transmisi yang lebar. Sebagai contoh frame video berukuran 800 x 600 pixel yang setiap pixelnya dikodekan dengan 24 bit untuk merepresentasikan luminance dan chrominance-nya memiliki ukuran sebesar 11,52 juta bit atau 1,373 MB. Jika terdapat 30 frame dalam satu detik, untuk menonton video selama satu detik diperlukan data sebesar 345,6 juta bit/s atau 41.2 MB/s. Jadi kita dapat hitung berapa ukuran data yang diperlukan untuk menonton film yang berdurasi satu jam, yaitu sekitar 145 GB, ini lebih besar dari ukuran rata-rata harddisk yang kita miliki. Jika kita ingin menonton film tersebut melalui jaringan Internet, maka kita harus menyediakan jaringan dengan bandwidth selebar 42 MBPS. Ini jauh lebih besar daripada lebar bandwidth yang mampu disediakan ISP (Internet Service Provider) manapun di Indonesia.
Untuk menagatasi masalah ini para ahli menggunakan dua pendekatan yaitu : (1) mengembangkan teknologi penyimpanan dan pengiriman yang lebih besar dan (2) mengembangkan teknik kompresi data dengan tetap memperhatikan batasan kualitas yang ditetapkan. Dalam tulisan ini akan coba diterangkan metode kedua yaitu kompresi data.

Teknik kompresi data biasa disebut teknik koding. Hal ini berkaitan dengan pengkodean sebuah data menjadi data yang lain yang dilakukan untuk mengurangi ukuran data. Pada tahun 1948, Claude Shannon, Bapak Teori Informasi (lebih tepat disebut Teori Koding) memperkenalkan konsep yang disebut entropi untuk menghitung jumlah informasi yang dikandung oleh sumber data. Shannon mengajukan model komunikasi data melalui jaringan Internet yang terdiri dari Encoder, Channel, dan Decoder. Encoder berfungsi mengubah kode data sumber menjadi kode yang berukuran lebih kecil daripada ukuran data sumber, Channel berfungsi meneruskan data yang telah di-encode melalui jaringan Internet, dan Decoder berfungsi mengembalikan data yang ter-encode ke bentuk semula. Bisa dikatakan cara kerja Decoder kebalikan Encoder.

Kompresi data dalam model Shannon dilakukan di Encoder agar jumlah data yang ditransmisikan melalui Channel tidak terlalu besar. Terdapat dua cara dalam teknik kompresi data, yaitu teknik kompresi lossy dan teknik kompresi lossless. Teknik kompresi lossy adalah teknik yang mengakibatkan data semula tidak dapat direkonstruksi kembali semuanya (ada data yang hilang).
Penggunaan teknik ini harus memperhatikan dua batasan yaitu kualitas yang diinginkan dan waktu (pemrosesan dan pengiriman). Teknik ini biasa digunakan jika data tidak terlalu sensitif terhadap detail. Misalkan data film, lagu, dan videoconference. Teknik ini biasanya menghasilkan kompresi data yang lebih kecil. Contoh yang terkenal adalah MPEG (Motion Picture Expert Group) untuk video, MP3 (MPEG layer 3) untuk lagu dan audio, dan JPEG (Joint Picture Expert Group) untuk gambar. Teknik kompresi lossless adalah teknik kompresi yang tidak menyebabkan kehilangan data. Biasanya digunakan jika akurasi data sangat penting. Ukuran data yang dihasilkan biasanya lebih besar daripada data yang dihasilkan teknik lossy. Penggunaannya teknik ini misalnya pada kode program, data biner, dan gambar-gambar kedokteran.

Untuk menjelaskan teknik kompresi lebih lanjut, akan dibahas aplikasinya pada kompresi gambar meskipun data jenis lain dapat juga dikompresi. Teknik kompresi gambar yang akan dibahas adalah teknik kompresi lossy karena jenis ini adalah jenis yang paling populer (JPEG). Data gambar dapat dikompresi tanpa degradasi kualitas yang signifikan karena gambar mengandung tingkat redundansi yang tinggi pada susunan datanya. Redundansi adalah pola data yang berulang sehingga dapat dihilangkan. Redundansi pada gambar terjadi (1) karena hubungan pixel-pixel yang berdekatan (spatial redundancy), (2) karena hubungan antara komponen warna (spectral redundancy), dan (3) karena sifat persepsi sistem visual manusia (psycho-visual redundancy). Semakin tinggi tingkat redundansi, semakin tinggi tingkat kompresi yang dapat dilakukan.

Contoh tipikal sistem kompresi (Encoder) terdiri dari transformer, quantizer, dan coder. Transformer melakukan transformasi pemetaan one-to-one pada gambar masukan. Keluaran transformer adalah representasi gambar yang lebih efisien untuk dikompresi. Contoh transformer yang biasa digunakan adalah Discrete Cosine Transform (DCT). DCT mengumpulkan energi sinyal gambar di tempat koefisien yang kecil. Tahapan ini tidak mengakibatkan kehilangan data.
Quantizer menghasilkan simbol-simbol yang digunakan untuk merepresentasikan gambar yang terkompresi. Proses kuantisasi adalah proses pemetaan many-to-one sehingga tidak reversibel. Tahapan ini mengakibatkan kehilangan data karena terjadi pembulatan pada data yang dikuantisasi. Proses ini dapat dilakukan dengan scalar quantizer dan vector quantizer. Scalar quantizer melakukan proses kuantisasi pada elemen per elemen sedangkan vector quantizer pada blok data.
Coder berfungsi mengubah keluaran Quantizer, berupa bit stream, menjadi kode-kode tertentu yang mewakilinya. Coder dapat menggunakan kode fixed-length atau variable-length. Variable Length Codes (VLC) dikenal juga dengan nama entropy coding, yang menghasilkan simbol tertentu untuk meminimalkan panjang representasi data secara rata-rata. Ini dilakukan dengan cara menggunakan simbol yang lebih pendek untuk kode data yang lebih sering muncul.

Keluaran dari Coder adalah bit stream yang dapat ditransmisikan lewat jaringan. Bit stream ini dikirimkan pada penerima yang memiliki Decoder untuk merekonstruksi kembali gambar yang dikompresi. Karena proses kuantisasi yang bersifat reversibel maka gambar yang direkonstruksi tidak sama dengan gambar semula, meskipun bagi penglihatan manusia tidak terlalu berpengaruh (tergantung rasio kompresi yang digunakan). Untuk lebih jelas maka akan disajikan contoh aplikasi yang luas digunakan, yaitu teknik kompresi JPEG.
JPEG
JPEG adalah standar internasional untuk continuous tone (multilevel) still image digunakan pada gambar gray-scale dan berwarna hasil kerjasama komite ISO dengan ITU-T. JPEG dapat mengkompresi gambar dengan rasio 1/10 sampai 1/50 tanpa mengakibatkan degradasi kualitas yang dapat diamati. JPEG termasuk teknik kompresi lossy. JPEG dirancang untuk digunakan secara fleksibel dalam arti tidak tergantung pada fitur gambar dan teknik yang digunakan.
JPEG terdiri dari dua proses yaitu proses kompresi yang dilakukan di Encoder dan proses dekompresi yang dilakukan di Decoder. Proses kompresi JPEG hampir sama dengan yang dideskripsikan diatas, yaitu terdiri dari Forward DCT yang berfungsi sebagai transformer, Quantizer dan Entropy Coder. Keluaran proses kompresi adalah data dalam bentuk bit stream. Data ini diterima oleh Decoder dan akan melewati Entropy Decoder, Dequantizer, dan Inverse DCT.
Kedua proses tersebut tidak identik dalam arti terjadi kehilangan data dalam pengolahan gambar. Kehilangan data ini disebabkan proses pembulatan angka di kuantisasi pada Encoder dan proses pembulatan angka di dekuantisasi pada Decoder. Pembaca dapat menemukan sumber yang membahas format JPEG di Internet dalam jumlah yang berlimpah. Untuk menemukannya silahkan berkunjung ke search engine Google (http://www.google.com) dengan mengetikkan kata kunci jpeg.
Sekedar untuk membandingkan dengan teknik kompresi yang lain silahkan mengetikkan kata kunci png untuk format PNG yang merupakan teknik kompresi gambar lossless.

Catatan : Saat mengklik link download di atas, uuntuk melanjutkan download silahkan klik "SKIP AD", yang ada di pojok kanan atas. Terima Kasih